丙烯酰胺接枝玉米淀粉陶瓷增強(qiáng)劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷增強(qiáng)劑制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種丙烯酰胺接枝玉米淀粉陶瓷增強(qiáng)劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在陶瓷墻地磚生產(chǎn)中，普遍存在陶瓷配體強(qiáng)度較差，破損率高的現(xiàn)象，通?？刻岣邏簷C(jī)的成型壓力來增加強(qiáng)度，壓機(jī)壓力到一定程度后，對提高配體強(qiáng)度的效果不明顯，為滿足各工藝要求常需要加入不同的添加劑，同時可減少成型設(shè)備的費(fèi)用和能耗，節(jié)能經(jīng)濟(jì)，大大提高陶瓷配體的強(qiáng)度。雖然用量不大，但卻起著重要的作用，其中，由于采用干壓成型，隨著產(chǎn)品規(guī)格的增大，對陶瓷磚坯體強(qiáng)度提出了更高要求。如果坯體強(qiáng)度不足，造成坯體在成形、輸送、干燥、施釉等工藝過程中產(chǎn)生破損，破損率可達(dá)10?20%，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率和廣品質(zhì)量的提尚。
[0003]若要增加陶瓷坯體的強(qiáng)度，一是在坯體中提高塑性好的粘土含量，使坯體強(qiáng)度提高，但同時也增大了坯體的干燥收縮，燒成收縮以及提高了燒成溫度等；二是在配方中加入適量的增強(qiáng)劑；增強(qiáng)劑又稱臨時性粘合劑，增強(qiáng)劑多為有機(jī)高分子聚合物或溶液，主要是利用分子長鏈的交聯(lián)作用，將陶瓷顆粒包圍并連接起來，阻止顆粒在受力條件下產(chǎn)生位移，從而起到增強(qiáng)效果。由于高分子類的增強(qiáng)劑分子量較大，結(jié)構(gòu)鏈較長，在將泥漿中各種微細(xì)的原料顆粒聚集在一起時，也會形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹住泥漿中的自由水，使泥漿的流動性變差，加入越多，泥漿的流動性也越差，生產(chǎn)中為了解決上述問題只有在泥漿增加額外的水量，這樣泥漿的比重降低，含水量增加，噴霧造粒的能耗也隨之增加，因此需要加入解凝劑來降低泥漿的粘度，減少泥漿的含水率以降低噴霧塔造粒工序中干燥泥漿水分所消耗的燃料。目前陶瓷生產(chǎn)廠家所用的解凝劑主要為水玻璃和三聚磷酸鈉，要求添加在配方中只能起降低放漿流速的用而對坯體的強(qiáng)度無任何影響。
[0004]天然淀粉經(jīng)過化學(xué)、物理、生物等處理改變了淀粉分子中的某些D-吡喃葡萄糖單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而改變淀粉的性質(zhì)制成了淀粉衍生物。淀粉衍生物的應(yīng)用之一是用作水處理藥劑，淀粉衍生物絮凝劑具有天然改性有機(jī)高分子絮凝劑的特點(diǎn)，其選擇性大、無毒、可以完全被生物降解，在自然界可形成良性循環(huán)。淀粉接枝丙烯酰胺是以淀粉的剛性鏈為骨架，接枝上具有一定柔性的聚丙烯酰胺支鏈，形成了具有剛?cè)峤Y(jié)合的空間網(wǎng)狀大分子結(jié)構(gòu)。從而克服了天然淀粉加工性能差、低溫時難分散且滲透能力差，以及聚丙烯酰胺價格偏高、殘留單體的污染、使用受各種條件限制等缺點(diǎn)。淀粉接枝丙烯酰胺(S t-g-A Μ)在空間結(jié)構(gòu)上顯示出比均聚的PAM具有更大的比表面積，對架橋和吸附沉淀有利等優(yōu)點(diǎn)。因此，在一定條件下，接枝共聚物比相同分子量的均聚P A M具有更優(yōu)異的絮凝性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)陶瓷料漿中分散不穩(wěn)定、高含水率的缺點(diǎn)與不足，達(dá)到陶瓷行業(yè)節(jié)能減排降耗、提高陶瓷漿料均勻性的目標(biāo)，本發(fā)明的首要目的在于提供一種合成工藝簡單、性能穩(wěn)定、節(jié)約能源的丙烯酰胺接枝玉米淀粉陶瓷增強(qiáng)劑的制備方法。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供通過上述制備方法制備的丙烯酰胺接枝玉米淀粉陶瓷增強(qiáng)劑。
[0007]本發(fā)明的再一目的在于提供上述丙烯酰胺接枝玉米淀粉陶瓷增強(qiáng)劑在制備陶瓷中的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]一種丙烯酰胺接枝玉米淀粉陶瓷增強(qiáng)劑的制備方法，該制備方法按照以下操作步驟:
[0010](I)稱取0.1?I質(zhì)量份淀粉，在50?100°C下糊化I?5小時；
[0011](2)糊化結(jié)束后，加入I?5質(zhì)量份丙烯酸，調(diào)節(jié)pH值至7?8，加入0.2?2質(zhì)量份丙烯酰胺或甲基烯基聚氧乙烯醚(TPEG)，然后加入0.01?0.1質(zhì)量份引發(fā)劑，50?100°C繼續(xù)反應(yīng)2?6小時，得到丙烯酰胺接枝玉米淀粉陶瓷增強(qiáng)劑。
[0012]步驟(I)所述淀粉為天然淀粉或者改性淀粉，優(yōu)選為玉米淀粉、小麥淀粉、可溶性淀粉或活性淀粉。
[0013]步驟⑵所述調(diào)節(jié)pH值是采用NaOH固體、KOH固體、NaOH溶液或KOH溶液進(jìn)行調(diào)
-K-T。
[0014]步驟(2)所述引發(fā)劑為水溶性自由基引發(fā)劑，包括過硫酸銨、過硫酸鉀、雙氧水、高錳酸鉀和重鉻酸鉀中的一種以上。
[0015]一種由上述制備方法得到的丙烯酰胺接枝玉米淀粉陶瓷增強(qiáng)劑。
[0016]上述的丙烯酰胺接枝玉米淀粉陶瓷增強(qiáng)劑在制備陶瓷中的應(yīng)用。
[0017]本發(fā)明的機(jī)理是:
[0018]坯體增強(qiáng)劑是指用于增強(qiáng)、增塑陶瓷坯體的物料。增強(qiáng)劑一般為有機(jī)高分子聚合物，加入后對陶瓷生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)無不良影響，并具有了良好的燒成特征，常見的坯體增強(qiáng)劑有變性淀粉、甲基纖維素、聚乙烯醇及丙烯酸聚合物、海藻酸鈉、糊精、栲膠等。市面商商品坯體增強(qiáng)劑有粉體和液體兩種，前者易于包裝運(yùn)輸?shù)孜苯Y(jié)團(tuán)，后者則易于在陶瓷漿料中分散，使用更為方便，并能對漿料起到懸浮穩(wěn)定作用，即及時加入量高達(dá)5%也不會使?jié){料稠化，而且不影響漿料的流動性。坯體增強(qiáng)劑的增強(qiáng)機(jī)理大致可概括為有機(jī)高分子鏈增強(qiáng)，氫鍵增強(qiáng)、粘合增強(qiáng)、靜電力增強(qiáng)和纖維增強(qiáng)。
[0019]有機(jī)高分子鏈增強(qiáng):在沒有增強(qiáng)劑時，陶瓷坯體顆粒之間的結(jié)合是依靠范德華力，在加入坯體增強(qiáng)劑后，陶瓷坯體顆粒之間的結(jié)合機(jī)制則取決于增強(qiáng)劑分子的結(jié)構(gòu)。對于有機(jī)高分子類的增強(qiáng)劑，具有足夠鏈長的高分子聚合物可以在陶瓷顆粒之間架橋，產(chǎn)生交聯(lián)作用而形成不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并形成凝聚，將陶瓷顆粒緊緊包裹。坯體斷裂前，施加于坯體上的一部分載荷由增強(qiáng)劑分子長鏈承擔(dān)，而且由于其分子鏈中具有許多可以內(nèi)旋轉(zhuǎn)的單鍵，這種內(nèi)旋轉(zhuǎn)的單鍵使得高分子鏈具有較強(qiáng)的柔性和彈性，因而能增強(qiáng)坯體強(qiáng)度。
[0020]氫鍵增強(qiáng):在坯體階段，陶瓷顆粒之間還存在少量的水分，故顆粒之間還有毛細(xì)管力。毛細(xì)管力的存在使得顆粒擴(kuò)散層產(chǎn)生張緊力，從而將顆粒拉近。當(dāng)成型壓力越大，顆粒之間的距離越近，毛細(xì)管力越大，則顆粒結(jié)合力越強(qiáng)，坯體強(qiáng)度越大。增強(qiáng)劑存在時，除了上述的范德華力和毛細(xì)管力作用之外由于顆粒表面被高分子材料淀粉一丙烯酰胺包裹，還會使顆粒之間借助于淀粉-丙烯酰胺而產(chǎn)生氫鍵作用，因而大大增加了坯體強(qiáng)度。氫鍵作用強(qiáng)弱取決于增強(qiáng)劑的分子表面的電荷密度，電荷密度越大，作用力就越強(qiáng)。
[0021]粘合增強(qiáng):分子的熱運(yùn)動增加，使包裹在一個顆粒表面的高分子與包裹在另外一個顆粒表面的高分子纏繞或鏈合，把兩個顆粒更加緊密地粘合在一起。因為本產(chǎn)品體系中有單體丙烯酰胺，從而生成坯成型時，既有外部泥料施加的壓力，形成顆粒間的機(jī)械結(jié)合，又有泥料內(nèi)部的高分子粘合效應(yīng)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最終使經(jīng)過處理后的生坯強(qiáng)度提高。
[0022]靜電力增強(qiáng):粘土顆粒往往形成片狀結(jié)構(gòu)，從結(jié)晶學(xué)和硅酸鹽理論觀點(diǎn)可知，板面常帶負(fù)電，四周棱邊常帶正電，由于片狀厚度很薄，粒度的磨細(xì)往往是板面面積的減少，棱邊變化不大，顆粒成多棱角狀，負(fù)電荷作用減弱，相對的正電荷作用增強(qiáng)。在壓型過程中，顆粒以邊一棱連接為主導(dǎo)，而邊一邊、棱一棱連接很少，因而帶負(fù)電荷的邊與帶正電荷棱由于靜電力作用而相互凝聚起來，隨著壓力型增加，顆粒之間空隙減少，顆粒間距進(jìn)一步縮小，顆顆粒接觸數(shù)目逐漸增多，靜電引力再度增加，從而使坯體具有一定的強(qiáng)度。
[0023]因本發(fā)明引入大分子量的淀粉、可與陶瓷生坯形成氫鍵作用的丙烯酰胺、丙烯酸、TPEG等，可發(fā)揮上述5項中增強(qiáng)機(jī)理，因此具有較強(qiáng)增強(qiáng)效果。
[0024]本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)相比，共同點(diǎn)是加入陶瓷增強(qiáng)劑可增加陶瓷生坯強(qiáng)度，降低生坯的開裂率，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0025](I)在添加量和其他條件相同時，本發(fā)明相對于傳統(tǒng)陶瓷增強(qiáng)劑，具有更高的增強(qiáng)效果。
[0026](2)本發(fā)明以淀粉為主要合成原料，來源廣、無污染，相對其它增強(qiáng)劑更加清潔、綠色。
[0027](3)本發(fā)明克服了天然淀粉加工性能差、低溫時難分散且滲透能力差，以及聚丙烯酰胺價格偏高、殘留單體的污染、使用受各種條件限制等缺點(diǎn)。
[0028](4)本發(fā)明淀粉預(yù)糊化操作簡單，接枝化合成工藝簡單，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體